3D列印：崛起中的智能製造方式

=製造技術大致可分為三種方式。其一是減材製造，是指利用刀具或電化學的方法，去除不需要的材料，剩下的部分即是所需要的產品。其二是等材製造，是指利用模具控形，將液體或固體材料變為所需要的產品。這兩種方法是傳統的製造方法，例如鑄造技術從三千多年前的青銅器時代就開始使用。其三是近30年發展起來的3D列印技術，學名為增材製造，它是用材料逐層累積製造物體的方法。

1、技術原理

美國材料與測試協會增材製造技術委員會（ASTMF42）對增材製造的定義是：一種與減材製造相反，根據三維數據把材料集中一體的生產過程。按照這一權威定義，增材製造必須由數據驅動。3D列印技術是一系列增材製造技術的統稱，其基本原理都是疊層製造，即由快速原型機在X－Y軸坐標方向生成目標物體的截面形狀，然後在Z軸坐標間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維製件。而在人類歷史的大部分時間裡，我們通過切割原料或通過模具成型製造新的實體物品，例如鑄造（等材製造）或切削鑽孔（減材製造）。

大多數人第一次聽到3D列印時，他們就想到了傳統的桌面印表機。3D列印其實和傳統列印非常相似，都是由數據驅動硬體完成列印。通常來說，人們使用傳統技術的噴墨印表機進行列印，過程是這樣的：輕點電腦屏幕上的「列印」按鈕，一份數字文件便被傳送到一台噴墨印表機上，接著印表機將一層墨水噴到紙的表面形成一副二維圖像。而使用3D印表機也是一樣，控制軟體會通過切片引擎（用於將立體模型分解成多個橫截面）完成一系列數字切片，然後將這些切片信息傳送到3D印表機上，後者會進行逐層列印，然後堆疊起來，直到一個固態物體成型。

就終端用戶的實際體驗而言，往往是感覺不到3D列印和傳統列印在製作流程上的不同，能感受到的最大區別在於使用的「墨水」是實實在在的原材料，正是因為這樣的相似，增材製造技術才會被形象地稱為3D列印技術。

普通印表機與3D印表機

其實兩者在列印材料和原理上存在著較大差異。3D列印材料可以分為金屬和非金屬兩大類，形態包括固態、液態、粉末等，每一類材料都對應一種或多種列印原理。對於設備用戶而言，3D列印和傳統列印的最主要的區別是電腦上要設計出的是一個完整的三維立體模型，然後再進行列印輸出。因此，3D列印在複雜程度上遠超傳統列印。

傳統列印與3D列印對比

3D列印流程一般包括數據獲取、數據處理，列印和後處理四個步驟。前兩個步驟主要涉及軟體和光學成像技術，第三個步驟涉及材料、機械和電子。前三個步驟相輔相成，任何一個環節存在問題都會影響列印的最終結果。後處理步驟更多是採用傳統加工方式改善列印物品的外觀和特性。

由於列印步驟所涉及的技術和領域最廣泛，行業內的關注點普遍集中在列印步驟。3D列印的核心技術大多也圍繞著這一步驟發展。

2、技術類別

3D列印技術發展至今，在最初的基礎上已經衍生出幾十種列印技術，基於不同的原理有不同的分類方法。我們按不同的列印原理、所用耗材和成型原理的差異以及列印耗材種類，來列舉三種不同的分類方法。

ASTMF42增材製造技術委員會在其發布的《增材製造技術標準術語》（ASTMF2792－12a）把列印原理分為七大類。

3D列印技術分類（基於列印原理）

資料來源：ASTM

根據所用耗材形態和成型原理的差異，目前主流的3D列印技術大致可分為擠出熔融成型、粒狀物料成型、光聚合成型等三種類型。每個類型按成型技術的不同，又演化出多個種類。其中，熔融層積（FDM）屬於擠出熔融成型類，粒狀物料成型類包括直接金屬激光燒結（DMLS）、電子束熔融（EBM）、選擇性激光燒結（SLS）、選擇性熱燒結（SHS）、選擇性激光熔化成型（SLM），光聚合成型類則包括光固化成型（SLA）、數字光處理（DLP）、聚合物噴射（PI）。

隨著技術發展和市場需求不斷提高，基於典型3D列印技術衍生出了一些新的技術，比如石膏3D列印（PP）、分層實體製造（LOM）、三維列印（3DP）、電子束自由成型製造（EBF）、激光凈形製造（LENS）等。

3D列印技術分類（基於物料形態和成型原理）

如果基於列印耗材種類的不同，3D列印技術又可分為非金屬3D列印技術和金屬3D列印技術。其中，FDM、SLA、DLP、3DP等屬於非金屬3D列印技術；SLM、DMLS、EBM等屬於金屬材料3D列印技術。